链表基础_day3

链表基础_day3

​ 链表是一种动态数据结构，其中每个元素（称为节点）包含两部分：数据和指向下一个节点的指针。链表中的第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点。链表中的节点可以在任何位置插入或删除，而无需移动其他节点。

​ 在链表中，每个节点都存储一个数据元素，以及一个指向下一个节点的指针。这个指针可以指向一个节点，也可以指向一个空节点（表示链表的结尾）。链表的头节点和尾节点分别表示链表的开始和结束。

​ 链表的优点在于它允许在运行时插入和删除节点，从而可以动态地调整其长度。与数组相比，链表的内存使用是动态的，不需要预先分配固定大小的空间。但是，链表的访问速度较慢，因为需要遍历链表以查找特定元素。

力扣203

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。

示例 1：

输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]

示例 2：

输入：head = [], val = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [7,7,7,7], val = 7
输出：[]

提示：

• 列表中的节点数目在范围 [0, 104] 内
• 1 <= Node.val <= 50
• 0 <= val <= 50

思路解析1：当我们使用原始的链表进行删除时，要考虑两种情况，第一种是删除的为普通节点的话，之间让该节点指向下一个节点的下一个节点（p.next = p.next.next)。第二种情况是当我们删除的节点是头节点的时候，我们要将头节点后移一位即可。注意当我们删除节点时，要保证该节点的前后都有节点并且要知道上一个节点是什么，即删除元素必有前驱。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution{
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val){
        while(head!= null && head.val == val){
            head = head.next;
        }
        if(head == null){
            return head;
        }
        
        ListNode p = head;
        while(p.next != null){
            if(p.next.val == val){
                p.next = p.next.next;
            }
            else{
                p = p.next;
            }
        }
        return head; 
    }  
}

**思路解析：**使用虚拟头节点的情况，我们在该链表的前面，加入一个虚拟头节点，这样原来链表的头节点就变成了普通节点，就没有了特殊的情况，这样我们去进行遍历，注意返回头节点的时候是虚拟节点的下一个元素，即dummy.next。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */

class Solution{
     public ListNode removeElements(ListNode head, int val){
    	if(head == null){
        	return head;
    	}
         
         ListNode dummy = new ListNode(-1,head);
         ListNode c = dummy;
         
         while(c.next != null){
             if(c.next.val == val){
                c.next = c.next.next;
            }
            else{
                c = c.next;
            }
        }
        return dummy.next; 
         
    
     } 
}

力扣707

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

• MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
• int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。
• void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。
• void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
• void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。
• void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

示例：

输入
["MyLinkedList", "addAtHead", "addAtTail", "addAtIndex", "get", "deleteAtIndex", "get"]
[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]
输出
[null, null, null, null, 2, null, 3]

解释
MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2);    // 链表变为 1->2->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1);    // 现在，链表变为 1->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 3

提示：

• 0 <= index, val <= 1000
• 请不要使用内置的 LinkedList 库。
• 调用 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex 和 deleteAtIndex 的次数不超过 2000 。

单链表实现

// 单链表
class ListNode {
   int val;
   ListNode next;
   ListNode(){}
   ListNode(int val) {
       this.val=val;
   }
}

// 自定义的链表类，包含size属性，用于存储链表元素的个数，以及虚拟头结点head，用于方便操作链表
class MyLinkedList {
   // size存储链表元素的个数
   int size;
   // 虚拟头结点
   ListNode head;

   // 初始化链表
   public MyLinkedList() {
       size = 0;
       head = new ListNode(0);
   }

   // 获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
   public int get(int index) {
       // 如果index非法，返回-1
       if (index < 0 || index >= size) {
           return -1;
       }
       ListNode currentNode = head;
       // 包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
       for (int i = 0; i <= index; i++) {
           currentNode = currentNode.next;
       }
       return currentNode.val;
   }

   // 在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
   public void addAtHead(int val) {
       addAtIndex(0, val);
   }

   // 在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
   public void addAtTail(int val) {
       addAtIndex(size, val);
   }

   // 在第 index 个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
   // 如果 index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
   // 如果 index 大于链表的长度，则返回空
   public void addAtIndex(int index, int val) {
       if (index > size) {
           return;
       }
       if (index < 0) {
           index = 0;
       }
       size++;
       // 找到要插入节点的前驱
       ListNode pred = head;
       for (int i = 0; i < index; i++) {
           pred = pred.next;
       }
       ListNode toAdd = new ListNode(val);
       toAdd.next = pred.next;
       pred.next = toAdd;
   }

   // 删除第index个节点
   public void deleteAtIndex(int index) {
       if (index < 0 || index >= size) {
           return;
       }
       size--;
       if (index == 0) {
           head = head.next;
           return;
       }
       ListNode pred = head;
       for (int i = 0; i < index ; i++) {
           pred = pred.next;
       }
       pred.next = pred.next.next;
   }
}

双链表

//双链表
class ListNode{
    int val;
    ListNode next,prev;
    ListNode() {};
    ListNode(int val){
        this.val = val;
    }
}


class MyLinkedList {  

    //记录链表中元素的数量
    int size;
    //记录链表的虚拟头结点和尾结点
    ListNode head,tail;
    
    public MyLinkedList() {
        //初始化操作
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
        this.tail = new ListNode(0);
        //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
    }
    
    public int get(int index) {
        //判断index是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur = this.head;
        //判断是哪一边遍历时间更短
        if(index >= size / 2){
            //tail开始
            cur = tail;
            for(int i=0; i< size-index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }else{
            for(int i=0; i<= index; i++){
                cur = cur.next; 
            }
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        //等价于在第0个元素前添加
        addAtIndex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        //等价于在最后一个元素(null)前添加
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //index大于链表长度
        if(index>size){
            return;
        }
        //index小于0
        if(index<0){
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到前驱
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        //新建结点
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next.prev = newNode;
        newNode.prev = pre;
        pre.next = newNode;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断索引是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return;
        }
        //删除操作
        size--;
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        pre.next.next.prev = pre;
        pre.next = pre.next.next;
    }
}

力扣206

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

• 链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
• -5000 <= Node.val <= 5000

**进阶：**链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题？

**思路解析：**对于链表来说，由于链表都是由指针指向的，所以我们只要将指针反转一下就可以达到目的，我们可以采用双指针的方法，一个指针用来遍历，另一个指针用来反转方向。在题目中我们还需要借助一个temp指针进行存储指向位置。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
	ListNode p = null;
    ListNode c = head;
    ListNode temp = null;
        
    while(c != null){
        temp = c.next; //用来保存指向下一个节点
        c.next = p;   //反转这个节点的指针指向
        p = c;		//向前遍历 p++ c++
        c = temp;
        
    	}
        return p;
    }
}

**思路解析：**我们可以采用递归的算法，递归的算法和双指针的算法思路一致。按照递归思路进行解析

reverse(c , p){
    if(c==null){       //当c 为空时，返回p
        return p;
    }
    temp = c.next;    //这里我们依然需要借助temp存储值。
    c.next = p;
    return reverse(c,temp);  //由双指针算法可知，进行 遍历p++ c++为 p = c; c = temp;								//所以对应reverse为 reverse(c,temp)
}

递归实现

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return reverse(null, head);
    }

    private ListNode reverse(ListNode p, ListNode c) {
        if (c == null) {
            return p;
        }
        ListNode temp = null;
        temp = c.next;// 先保存下一个节点
        c.next = p;// 反转
        return reverse(c, temp);
    }
}

p); //由双指针算法可知，进行 遍历p++ c++为 p = c; c = temp; //所以对应reverse为 reverse(c,temp)
}

递归实现

```java
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return reverse(null, head);
    }

    private ListNode reverse(ListNode p, ListNode c) {
        if (c == null) {
            return p;
        }
        ListNode temp = null;
        temp = c.next;// 先保存下一个节点
        c.next = p;// 反转
        return reverse(c, temp);
    }
}